Description
Description (DE): Zielsetzung des Projekts ist die Bereitstellung einer zuverlässigen Prozesskette für tragende Faserverbundstrukturen mit thermoplastischer Matrix, bestehend aus einem Komponentenherstellungsprozess und dem Laserstrahlschweißen als Verbindungstechnologie. Um Faserverbunde mit thermoplastischer Kunststoffmatrix nutzen zu können, ist sowohl ein zuverlässiger Komponentenherstellung als auch eine geeignete Verbindungstechnologie notwendig. Hierzu soll das Anbinden der Verstärkungsfasern mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix zunächst materialwissenschaftlich umfassend untersucht werden, um darauf aufbauend die Prozesstechnik zur kontinuierlichen Komponentenherstellung am Beispiel eines Wickelprozesses zielgerichtet erforschen zu können. Die Herausforderung liegt hierbei in der Anbindung der imprägnierten Verstärkungsfasern mit bereits gewickelten Strukturen, da bereits geringe Schwankungen der Prozesstemperatur einen Verbund verhindern können. Deshalb soll ein lasergestützter Wickelprozess mit integrierter Prozessüberwachung auf Basis einer pyrometrischen Temperaturmessung erforscht werden. Aufgrund der Schmelzbarkeit thermoplastischer Kunststoffe bietet es sich an, als Verbindungstechnik ein Schweißverfahren anzuwenden. Dahingehend soll die Prozesstechnik des Laser-Durchstrahlschweißens erforscht werden, mit dem kurze Prozesszeiten realisiert werden können und eine Möglichkeit zur ortsaufgelösten Prozessüberwachung besteht. Bislang wird das Verfahren jedoch nur für nicht faserverstärkte und kurzfaserverstärkte Bauteile eingesetzt. Die bereits aus Vorversuchen bekannten Schwankungen der Schweißnahtbreiten, bedingt durch die richtungsabhängige Wärmeleitfähigkeit von langfaserverstärkten Faserverbunden mit thermoplastischer Kunststoffmatrix, soll mithilfe einer geeigneten Prozessführung reduziert bzw. unterdrückt werden. Hierzu soll die Strahlungsenergie ortsabhängig adaptiert werden, indem eine Prozessregelung auf Basis einer hochdynamischen Temperaturmesstechnik, bestehend aus einer Infrarotkamera und einem im Laserstrahlengang integriertem Pyrometer erforscht wird. Durch den Einsatz der zu erforschenden Fertigungstechnologie können Bauteile im Vergleich zur Fertigung von Faserverbunden mit duroplastischer Kunststoffmatrix schneller und somit kostengünstiger hergestellt werden. Aufgrund der Nutzung des Schweißens als Alternative zum Klebeprozess kann auf die Verwendung von Löse- und Klebstoffe verzichtet werden. Die Bauteile können daher umweltschonender und ohne aufwändige Oberflächenvorbereitung produziert und nach der Produktlebensdauer zu Kunststoff-Spritzgussgranulat verarbeitet werden. Kleinen und mittelständischen Unternehmen in der Kunststoffverarbeitung wird es somit ermöglicht, ein neues Marktsegment zu erschließen, wodurch deren Wettbewerbsfähigkeit gestärkt werden kann. Arbeitsplätze können einerseits gesichert und anderseits durch einen Technologievorsprung geschaffen werden.
Read more Description (EN): The aim of the project is to provide a reliable process chain for load-bearing fiber composite structures with thermoplastic matrix, consisting of a component manufacturing process and laser beam welding as connection technology. In order to be able to use fiber composites with thermoplastic plastic matrix, a reliable component manufacturing as well as a suitable connection technology is necessary. For this purpose, the bonding of the reinforcing fibres with a thermoplastic plastic matrix will initially be investigated comprehensively in terms of material science in order to be able to research the process technology for continuous component production using the example of a winding process. The challenge here lies in connecting the impregnated reinforcement fibers with already wound structures, since even small fluctuations in the process temperature can prevent a composite. Therefore, a laser-assisted winding process with integrated process monitoring based on a pyrometric temperature measurement is to be researched. Due to the meltability of thermoplastics, it is advisable to use a welding process as a joining technique. For this purpose, the process technology of laser beam welding is to be researched, with which short process times can be realised and there is a possibility for locally resolved process monitoring. Until now, however, the process is only used for non-fibre-reinforced and short-fibre-reinforced components. The fluctuations in the weld widths already known from preliminary tests, due to the direction-dependent thermal conductivity of long-fiber reinforced fiber composites with thermoplastic plastic matrix, should be reduced or suppressed using suitable process guidance. For this purpose, the radiation energy is to be adapted according to location by researching a process control based on a highly dynamic temperature measurement technique consisting of an infrared camera and a pyrometer integrated in the laser beam path. By using the manufacturing technology to be researched, components can be manufactured faster and thus more cost-effectively compared to the production of fiber composites with a thermoplastic matrix. Due to the use of welding as an alternative to the adhesive process, the use of solvents and adhesives can be avoided. TThe components can therefore be produced more environmentally friendly and without complex surface preparation and can be processed into plastic injection moulding granules after product life. Small and medium-sized companies in plastics processing will thus be able to open up a new market segment, thereby strengthening their competitiveness. On the one hand, jobs can be secured and, on the other hand, created by a technology advantage.
Read more Description (CS): Cílem projektu je vývoj spolehlivého výrobního řetězce pro vytváření nosných struktur z vláknových kompozitů s termoplastickou matricí skládajícího se z procesu výroby komponent a ze svařování laserovým paprskem představujícího spojovací technologii. Pro využívání vláknových kompozitů s termoplastickou matricí je zapotřebí zajistit jak spolehlivou výrobu komponent, tak vhodnou technologii spojování.
Aby bylo možné vyvinout procesní techniku kontinuální výroby komponent na příkladu procesu navíjení vláken, je třeba nejprve z hlediska nauky o materiálu podrobně posoudit připojení výztužných vláken k termoplastické matrici. Obzvlášť náročnou část přitom představuje připojení impregnovaných výztužných vláken na již navinuté struktury, neboť i drobné výkyvy procesní teploty mohou spojení znemožnit. Proto bude prováděn výzkum navinovacího procesu s využitím laseru, a to za integrované procesní kontroly na základě pyrometrického měření teploty.
Z důvodu tavitelnosti termoplastů se jako vhodná spojovací technika nabízí použití svařovacích postupů. Cílem výzkumu je proto technika propustného laserového svařování kombinovaná s teplotní kontrolou, díky které se může zkrátit doba trvání procesu. Tato technika se dosud úspěšně používala pouze pro svařování plastů bez výztužných vláken nebo s krátkými výztužnými vlákny. U svařování komponent s termoplastickou matricí vyztužených dlouhými vlákny se v předběžných zkouškách negativně projevily výkyvy s šířce svaru, které jsou způsobené rozdíly v tepelné vodivosti závislé na směru a koncentraci vláken. Tyto negativní vlivy mají být potlačeny vhodným řízením procesu, v závislosti na místě bude adaptována energie záření. Technika bude využívat infračervené kamery a pyrometr integrovaný v dráze laserového paprsku.
Nasazením zkoumané výrobní technologie mohou být výrobky, na rozdíl od zhotovování komponent s duroplastickou matricí, vyráběny rychleji a díky tomu i s vynaložením nižších nákladů. Díky využití svařování jako alternativy k procesu lepení není nutné použití rozpouštědel a lepidel. Výrobky mohou být proto vyráběny ekologičtěji a bez nákladné přípravy povrchů a po skončení životnosti se produkt zpracuje na granulát pro stříkané lití. Malým a středním podnikům zabývajícím se zpracováním umělých hmot se tím umožní vytvořit nový segment trhu, čímž se může zvýšit jejich konkurenceschopnost. Mohou tak být zajištěna pracovní místa a díky technologickému náskoku i vytvořena nová.
Read more
Website: http://www.by-cz.eu
Expected Results (DE): Anteil von Organisationseinheiten, die in gemeinsame F&I-Tätigkeiten eingebunden sind
Expected Results (CS): Podíl organizačních jednotek zapojených do společných činností v oblasti výzkumu a inovací
Expected Outputs (DE): Verfahren zur Fertigung von langfaserverstärkten Thermoplasten und zum anschließenden Fügen mittels Laserdurchstrahlschweißen. Durch die Einbindung von insgesamt vier Forschungseinrichtungen führt dies zu einem Kompetenzaufbau in Form eines regionalen Centre of Excellence zu oben genannten Themenfeld.
Read more Expected Outputs (CS): Podstatným výsledkem projektu je společné budování kompetencí v oblasti způsobu výroby dlouhými vlákny vyztužených termoplastů a jejich spojování pomocí laserového svařování, a to všemi zúčastněnými institucemi. Zapojení čtyř výzkumných týmů povede k vybudování kapacit v podobě regionálního centra excelence na výše uvedené téma.
Read more
Thematic information
Specific Objective:
Strengthening cross border R&I activities
Thematic Objective:
(01) strengthening research, technological development and innovation by:
Investment Priority:
(01a) enhancing research and innovation (R&I) infrastructure and capacities to develop R&I excellence, and promoting centres of competence, in particular those of European interest
Partners (2)
Lead Partner:
Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg
Address:
93049 Regensburg, Germany
Legal status:
public
Website:
http://www.oth-regensburg.de
Total budget:
EUR 706 106.50
ERDF budget:
EUR 600 190.52
-
Západočeská univerzita v Plzni
-
Name:
Západočeská univerzita v Plzni
Address:
306 14 Plzeň, Czech Republic
Legal status:
public
Website:
http://www.zcu.cz
Total budget:
EUR 431 820.00
ERDF budget:
EUR 367 047.00